黄盛
广州市规划和自然资源自动化中心 广东省 广州市510030
摘要：随着经济和信息技术的快速发展，为了更准确描述城市建筑景观特征，提高城市规划效果，设计基于三维虚拟现实技术的城市规划系统。通过航空激光扫描采集城市几何特征数据，利用城市规划设计结果获取新开发区域相关数据，采用该数据制作数字地面模型和建筑与景观三维模型对城市场景三维建模，并进行纹理渲染，将所建模型与虚拟现实软件坐标相匹配，并添设虚拟特效。利用OSG引擎实现系统主机显示端与虚拟显示端的同步虚拟展示。具体应用结果表明，该系统可以高精度地反映城市建筑景观特征，规划结果信息饱和度高，归一化均方根误差小，可获得理想的视觉展示效果。
关键词：三维虚拟现实技术；城市规划；数据组织
引言
由于现代城市规划中存在的一些问题，该文将提供实现城市三维空间信息可视化的重要性和方法以及应用前景，三维可视地理信息系统在城市规划中的应用研究旨在研究如何利用现实环境重建现实建筑模型和城市景观，并对其进行改造，以实现城市智能化的规划和可视化的愿景。
1城市规划的重要性
城市是拥有巨大物质财富和精神财富的地方，是时代在不断前进发展而产生出来的承载体，但是城市的发展具有很大的不确定性，另一方面，居住在城市中的人们并非无力控制城市的发展，想要城市合理有序的发展重要的是人民群众对城市发展进程的调控，对城市发展的手段之一就是城市规划。城市规划作为城市社会经济发展的重要手段之一，直接关系到城市的社会、经济、政治和制度运行。城市的构成越来越复杂，必须在其边界内生存、发展和发挥作用。在城市发展的过程中，影响城市发展的因素越来越多，城市的构成也越来越复杂，综合协调需要在城市规划中进行管理和控制。随着现代城市规划的出现和发展，城市变得越来越复杂，城市问题的规模和深度是对人类社会的重大挑战。这是一个前所未有的事实。城市规划这门学科正在向多学科发展，规划的内容不仅要解决环境、城市景观、交通等问题，还要解决城市环境问题，城市发展、城市规划和土地利用都发生了一些变化，分工协作已成为营造城市环境的全球性难题。现代城市高楼林立，现代化的车辆川流不息，人口密集，居住区荒芜。这一时期，许多城市规划实践得以实施，人文主义成为设计的主流思想。
2基于三维虚拟现实技术的城市规划系统
2.1系统整体结构
该系统主要由数据组织模块、城市场景三维建模与渲染模块、虚拟现实集成模块、虚拟城市展示模块等共同组成。1）数据组织模块基于航空激光扫描获取城市地表几何特征数据，利用城市规划设计结果获取城市规划设计中新开发的建筑与景观数据，通过ArcGISEngine组件对城市地表几何特征数据与城市规划设计中的相关数据进行参数化布局，通过参数化矢量图层呈现城市要素空间分布规则。2）城市场景三维建模与渲染模块基于数据组织模块内的数据，构建数字地面模型与城市主要建筑与景观三维模型，对数字地面模型与建筑景观三维模型集成后，利用OSG（OpenSceneGraph）引擎对模型进行实时场景纹理渲染。3）虚拟现实集成模块内包含虚拟现实组件，通过模型与软件坐标的匹配，构建具有动态景观漫游与三维可视化的城市整体虚拟场景。4）虚拟城市展示模块的主要功能是实现系统主机显示端（虚拟现实软件显示窗口）与虚拟显示端（虚拟现实眼镜）同步虚拟展示，完成城市规划信息的动态体验与查询分析。
2.2数据组织模块设计
数据组织模块采用航空激光扫描方式采集城市地表几何特征数据（包括地形点云数据、建筑与景观图像、纹理数据等）。基于城市规划设计人员对于城市规划的设计结果，获取新开发区域数据（包括建筑与景观图像、纹理数据等）。
由于城市规划设计具有不规则分布特征，城市空间布局管理较为不易，因此采用ArcGISEngine组件对城市规划设计中的主要建筑与景观的位置与关系、道路与河流等线性要素的空间位置等进行空间数据参数化布局管理。
2.3数字地面模型制作
根据数据组织模块内的地形点云数据，构建三角网数字地面模型，将航空激光扫描控制点作为顶点，以不交叉、不重复为原则，构建平面三角形逼近城市地表曲面。在航空激光扫描控制点分布合理，同时控制度密度适当的条件下，三角网数字地面模型能够准确地呈现城市地表。基于异侧找点、角度最大、不超过特征线、不进入禁区、不遗漏等标准构建覆盖城市整体区域的三角网数字地面模型，根据该地面模型，即可计算城市整体区域内任意地面点标高。
3三维可视地理信息系统与城市规划运用
3.1施工图和设计文件
这些基础参考资料包括建筑物各部分的详细信息，也可以作为三维几何建模的基础。要将一个三维模型放置在一个地理参考框架中，必须对大量数据进行解释和手动输入，因此这种方法只适用于少量建筑物的建模。
3.2数字城市地图和二维地理信息系统数据库
这些数据源不仅包括三维建模所需的几何信息，例如地理对象的位置、创建DEM所需的数据位置，等高线或高程点、建筑物的屋面形状、屋面边缘和基础面积、屋面坡度、屋面边缘和屋面高度。而且，它还具有丰富的属性信息，例如建筑用途、建筑高度和层数等，建筑物的年龄、名称、结构和属性等。现有的模拟系统可以城市地图转换为数字地图，数据可以存储在二维地理信息系统中，但是目前这种数据源缺少建筑物垂直面的几何和纹理信息。
3.3卫星遥感
当前，卫星遥感已进入高分辨率、高精度、多光谱技术和低成本的时代。通过高分辨率遥感影像，可以清晰地看到土地的环境、社会、经济等情况，可以更清晰地了解地面情况。城市的三维模型其高精度的特点使其达到了以前只有航拍才能达到的精度。高时间分辨率意味着可以在短时间内反复采集同一区域的图像，保证了数据采集的动态性、及时性和时效性；低廉的成本使得用户可以负担得起，也可以使用。
3.4三维辅助规划评审系统
辅助规划评审系统可以为决策管理者、设计师和专家等提供一个非常直观、简单易懂的业务操作平台，系统以规划设计方案及评审的真实城市为背景，在对方案中涉及的建筑和环境进行建模后，可以对场景模型进行由单个物体到整个场景、从点到面的准确有效的分析。方便大型复杂工程项目的规划、设计、报批与管理，三维场景的真实再现，有利于设计人员、领导决策者和其他参与者对各种规划设计方案进行辅助设计或最终的审定.
结语
建设空间三维地理信息数据库，是实现三维空间的空间分析、效果模拟和变化对比等功能，形成基于三维空间的数据一体化展示和分析能力的基础。城市三维辅助规划评审系统的应用，为规划编制与设计单位提供更为直观的科学设计手段。三维辅助规划评审系统与规划业务管理系统相融合，可以叠加显示二维数据及相关的规划成果数据，实现立体和平面的系统互通，增强了规划管理部门对现实场景和规划方案的认知。系统三维场景为景观分析、方案优化、辅助评审提供了身临其境的感知体验，进一步提升了城市管理者科学决策能力。
参考文献
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